Ім'я файлу: Курсовая Андрущенко.docx
Розширення: docx
Розмір: 225кб.
Дата: 15.12.2022
скачати
Пов'язані файли:
Моніторинг навчальних досягнень за 2018-2019 н.р.І семестр.doc
Розширення: docx
Розмір: 225кб.
Дата: 15.12.2022
скачати
Пов'язані файли:
Моніторинг навчальних досягнень за 2018-2019 н.р.І семестр.doc
Харківський національний університет радіоелектроніки
Кафедра мікроелектроніки, електронних приладів та пристроїв
КУРСОВА РОБОТА
з дисципліни
«Матеріали електронної техніки»
Діелектричні матеріали електронної техніки.
Скло в електронній техніці
(тема роботи)
Студенки 2 курсу
групи ЕЕПС-20-1
спеціальності 171 «Електроніка», (освітня програма «Електронні пристрої та системи»)
Ніни Андрущенко (ім’я та прізвище)
Керівник
доцент, канд. фіз.-мат. наук, доц. Тетяна Фролова
(посада, вчене звання, науковий ступінь, ім’я та прізвище)
Національна шкала _________________________
Кількість балів: __________Оцінка ECTS _____
Члени комісії ___________________ Олексій Пащенко
(підпис) (ім’я та прізвище)
___________________ Тетяна Стрілкова
(підпис) (ім’я та прізвище)
___________________
(підпис) (ім’я та прізвище)
м. Харків – 2021 рік
Харківський національний університет радіоелектроніки
Кафедра мікроелектроніки, електронних приладів та пристроїв
ЗАВДАННЯ
на курсову роботу з дисципліни «Матеріали електронної техніки»
студентові Ніні Андрущенко
(ім’я та прізвище)
групи ЕЕПС-20-1 Дата подання закінченої роботи 29.11.21
(шифр групи)
1. Тема роботи
Діелектричні матеріали електронної техніки. Скло в електронній техніці
2. Вихідні дані
Ізоляційне оксидне скло, конструкційні ізоляційні матеріали. Ізоляційні види скла, сфери їх застосування
3. Теоретична частина
Дослідження ключових характеристик діелектричних матеріалів, технологій виготовлення скла, типів скла, маркувань. Аналіз перспектив використання, модернізації та методів дослідження діелектричного скла
4. Конструкторсько-технологічна частина ____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
5. Дата видачі завдання01.09.2021
6. Календарний план
| № | Назва етапів курсової роботи | Терміни виконання етапів роботи | Примітка |
| 1 | Отримання завдання | 01.09 | Виконано |
| 2 | Аналіз технічного завдання і літератури | 05.09 – 25.09 | Виконано |
| 3 | Виконання розрахункової задачі | 30.09 - 02.10 | Виконано |
| 4 | Оформлення пояснювальної записки | 05.10 – 19.11 | Виконано |
| 5 | Захист проекту | 15.12 | Виконано |
Студент ______________ Керівник ________________
(підпис) (підпис)
РЕФЕРАТ
Робота викладена на 34 сторінки, містить 4 розділи, 11 підрозділів, 2 ілюстрації, 2 таблиці та 17 джерел інформації в відповідному списку
Об’єктом вивчення є типові ізоляційні стекла, що застосовуються в електротехніці.
Предметом роботи є дослідження ключових властивосте, технологій виготовлення, застосування та перспектив використання ізоляційного скла.
Ціль роботи – встановлення основних характеристик ізоляційного скла, описання методів виготовлення і модернізації, визначення перспектив використання та методів дослідження.
В першому розділі наводяться загальні дані про діелектричні матеріали, їх фізичні, теплові та електричні властивості та показники. Підкреслено основні для діелектриків властивості.
У другому розділі наведені технології виготовлення діелектричного скла, його напрямки застосування, як класичні так і сучасні, класифікації на основі різних характеристик, маркування.
Третій розділ містить дані що до перспективних та сучасних методів дослідженнях ізоляційного скла. Наводяться основні проблеми пов’язані з дослідженням та вимірами характеристик скла, виконано порівняння актуальних методів вимірювання деяких властивостей.
Четвертий розділ містить розв’язок розрахункової задачі.
ДІЕЛЕКТРИК, СКЛО, ІЗОЛЯЦІЙНЕ СКЛО, ДІЕЛЕКТРИЧНЕ СКЛО, ОКСИДНЕ СКЛО, ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНЕ СКЛО.
ЗМІСТ
Вступ 5
1 Загальні відомості про діелектрики 6
1.1 Класифікація та властивості діелектриків 6
1.2 Механічні та теплові характеристики діелектриків 6
1.3 Електричні властивості і процеси діелектриків 7
2 Характеристика електротехнічного скла 15
2.1 Визначення, склад та класифікація на його основі 15
2.2 Оксидне скло, склад та виготовлення 15
2.3 Класифікація скла за хімічним складом. 17
2.4 Ключові фізичні, теплові, хімічні та електричні властивості. 18
2.5 Класифікація за використанням. Застосування, перспективи. 20
3 Сучасні методи дослідження скла 23
3.1 Абсолютні та опосередковані методи вимірювання теплового коефіцієнта лінійного розширення 23
3.2 Фізико-хімічні методи досліджень матеріалів. 25
3.3 Порівняння методів вимірювання діелектричної проникності 28
4 Розв’язання задачі 30
Висновки 32
Перелік літератури 33
ВСТУП
На сьогодні в електротехніці застосовується безліч ізолюючих матеріалів. Їх застосування дуже широке, без них неможливо уявити виготовлення підкладок, друкованих плат, ізоляційних оболонок дротів та кабелів, електротехнічної арматури, корпусів і каркасів, захисних покрить різного виду.
Одним з найдавніших є скло, відносно дешевий в виготовлені, поширений та термостійкий ізоляційний матеріал. Конкурує скло з керамікою та полімерними матеріалами.
Метою роботи є дослідження ключових фізичних, електричних теплових та хімічних показників скла, визначення методів їх покращення, аналіз застосувань ізоляційного скла та перспективних векторів використання, порівняння сучасних методів дослідження.
Під час роботи було визначено діапазони характеристик скла, описано процес виготовлення та особливості кожного типу ізоляційного скла. Були досліджені основні форми використання, маркування цих форм. Був проведений аналіз, в ході якого визначено причини перспективності нових розробок в галузі виготовлення та обробки діелектричного скла. Проведене порівняння частини сучасних методів дослідження скла.
Практично виконана робота несе базову інформацію для подальшої наукової роботи із зазначеною групою матеріалів та дає уявлення про сучасне використання скляних ізоляційних матеріалів.
Робота складається з чотирьох розділів, перший необхідний для розуміння процесів в діелектриках та можливості подальшого порівняння. Другий розділ містить стислі дані про характеристики, використання та перспективи застосування скляних ізоляційних матеріалів. Третій розділ охоплює огляд методів дослідження скла. В четвертому розділі міститься розв’язок розрахункової задачі.
1 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ДІЕЛЕКТРИКИ
1.1 Класифікація та властивості діелектриків
Класифікація електротехнічних матеріалів виходить з їх можливих властивостей, які можна виділити чотири типи: механічні, теплові, електричні, магнітні. Матеріали електронної техніки поділяють за: реакцією на зовнішнє електричне поле, призначенням, реакцією на зовнішнє магнітне поле та ін.
Скло – один з найпоширеніших ізоляційних матеріалів. Ізоляційними називають матеріали, що не проводять струм, тобто діелектрики. Різноманіття діелектриків широке, їх поділяють за агрегатним станом, хімічною природою, залежністю властивостей від зовнішніх полів. Скло в цій класифікації є твердим, неорганічним лінійним діелектриком.
1.2 Механічні та теплові характеристики діелектриків
Перераховуючи механічні та теплові властивості діелектриків їх неможливо узагальнити, адже це дуже широкий пласт речовин, тому доречним буде розглядати тверді неорганічні пасивні діелектрики, тобто речовини з аморфною та іонно-кристалічною будовою.
Однією з ключових вимог до пасивних діелектриків є їхня висока стабільність під зовнішнім впливом, їх також називають лінійними.
В рамках класичної механіки властивості діелектриків пояснюються тим, що заряджені частинки є складовими атомів, молекул, що розташовані у вузлах кристалічної ґратки твердого тіла та не мають можливості вільно рухатися. Такі заряди умовно називають зв’язаними, концентрація ж вільних електронів при кімнатній температурі на порядки нижча за ту ж саму в металах ne≈108–1015. Діелектрик є електронейтральною системою. Загалом енергія зв’язку електронів в діелектриках набагато перевищує теплову та енергію видимого світла.
З цього маємо відповідні теплові та механічні властивості діелектриків. Їх теплопровідність низька, адже теплова енергія поширюється в основному за рахунок фононів, тому теплоємність теж не дуже велика. Механічно такі матеріали крихкі та тверді, через характерні складні багатоатомні структури, в них не відбувається зміщення атомів, як наприклад в металах [1].
В видимому діапазоні діелектрики є оптично прозорими, а непрозорість деяких з них пояснюється наявністю домішок, іонів, що поглинають світло та неоднорідностей структури. В інфрачервоній області спектру іонні кристали та скло сильно поглинають та відбивають електромагнітні хвилі, для ультрафіолетової області також характерне значне відбивання. [1]
1.3 Електричні властивості діелектриків і процеси
Для подальшого зручного і структурованого розгляду властивостей діелектриків використаємо таблицю 1.1 «вплив-відгук» для пасивних діелектриків.
Таблиця 1.1 Електричний «відгук» пасивних діелектриків на вплив зовнішніх полів та теплоти
| Вплив | Відгук | ||
| електричний | механічний | тепловий | |
| Електричне поле | Електропровідність Електричний пробій Поляризація | Електрострикція | Діелектричні втрати |
Діелектрики мають високий питомий опір
Oм•м. В квантово-механічному уявлені це пояснюється зонною теорією, заборонена зона діелектриків відносно інших класів матеріалів доволі широка, 
еВ. При цьому повний струм, що протікає діелектриком визначається як:
де
– ємнісний струм, обумовлений зміщенням сильно зв’язаних зарядів в процесі електронної та іонної поляризацій; 
– струм абсорбції, обумовлений зміщенням слабо зв’язаних зарядів в процесі електронної та іонної поляризації; 
– струм наскрізної провідності (витоку), обумовлений рухом вільних зарядів в діелектрику під дією електричного поля [2].
Рисунок 1.1 – Залежність провідності від температури для металів (м), напівпровідників (п) та діелектриків (д) в полулогарифмічному масштабі
Під дією електричного поля певної напруженості діелектрик може втратити ізоляційні властивості, не все тіло діелектрика переходить в стан високої провідності, лише вузький канал. Утворення електропровідного каналу називають пробоєм. Відбувається він в разі прикладення к діелектрику напруги пробою
.і вище. Формально напругою пробою вважають таке значення напруги, за якого диференційна провідність стає нескінченно великою, тобто формула провідності виглядає так:
де
– нескінченно малий приріст струму, а 
– зміна напруги, що його викликала. Характеристикою діелектрика в цьому ключі є електрична міцність – це така напруженість однорідного електричного поля, яка приводить до пробою:
де
– напруга пробою, 
– товщина діелектрика.Пробій в твердих діелектриках відбувається за трьома основними механізмами: електричний, тепловий та електрохімічний. Перераховані механізми можуть спостерігатися в одній речовині за різних дій поля.
Електричний пробій відбувається дуже швидко, 10-7–10-8 с, не обумовлений тепловою енергією. Являє собою електронну лавину, яка супроводжується фотоіонізацією, що прискорює утворення електропровідного каналу [3].
де
– енергія електрону; 
– заряд електрону; 
– середня довжина вільного пробігу; 
– енергія іонізації молекул або іоні діелектрика. [2] Цей вид пробою здебільшого спостерігається при імпульсному впливі напруги,
100 МВ/м.Окремим типом електричного пробою є іонний, виникає при іонізації газів в пористих матеріалах, відповідно діелектрик руйнується хімічно, або термічно.
Схожим є поверхневий пробій, на відміну від іонного, гази руйнують зовнішні шари діелектрика і утворюють провідні канали на поверхні.
Тепловий пробій виникає у випадках коли теплова енергія діелектричних втрат більша за теплоту, яка відводиться у середовище. При розрахунку електричної міцності їх вважають рівними.
Напруга теплового пробою пов’язана з частотою напруги, температурою середовища, можливостю тепловідводу та ін. Для постійної напруги електрична міцність дорівнює:
де –
коефіцієнт теплопровідності діелектрика, 
– площа елементу діелектрика, 
– температура діелектрика; 
– температура середовища, 
– питомий опір діелектрика, – товщина діелектрика;а для змінної напруги:
де
– відносна діелектрична проникність, 
– кут діелектричних втрат, 
– частота прикладеної напруги.Для твердих діелектриків при тепловому пробої
10 – 102 МВ /м, час впливу напруги10-2 – 106 c. Електрохімічний пробій в діелектриках відбувається в умовах підвищеної вологості та температури. Електрохімічний пробій можна поділити на дві частини: передпробійний період та сам пробій. Перший триває довго, внаслідок електропровідності матеріал необоротно деградує, знижується його опір. При знижені до критичної позначки відбувається тепловий, або електричний пробій.
Для твердих діелектриків при електрохімічному пробої
10 МВ /м, час впливу напруги> 106 c. З цього маємо час життя діелектрика – об’єм часу, від початку експлуатації до пробою внаслідок електрохімічної деградації. Цей параметр зменшується при зростанні напруженості поля, температури та вологості.
В електричному полі для діелектриків типовим є обмежене зміщення зв’язаних зарядів або орієнтація дипольних молекул, тобто поляризація.
Вектор поляризації – векторна величина, кількісна міра поляризації діелектрика, що дорівнює відношенню електричного моменту деякого об’єму до величини цього об’єму:
1 2 3 4